新能源汽车用永磁电机转子结构分析

新能源汽车用永磁电机转子结构分析

陈"香，潘敬涛，孙宁

(沈阳工业大学国家稀土永磁电机工程技术研究中心，辽宁沈阳110870)

摘要：针对新能源汽车用永磁电机，通过有限元法分析了V型、V—型、双弧型、U—型4种不同转子结构电机的交直轴电感、电磁转矩、磁阻转矩等性能，分析了不同转子结构的弱磁扩速能力及影响弱磁扩速能

力的因素，仿真给出了不同转子结构的效率云图。通过综合分析，得出不同转子结构的特点，总结了不同转子

结构 用的新能源汽车用 电机的类型。

关键词！永磁同步电机"新能源汽车用电机"交直轴电感"弱磁扩速

中图分类号：TM 351 文献标志码！A 文章编号：1673-6540(2019)02-0114-06

R o t o r S t r u c t u r e A n a l y s i s o f P e r m a n e n t M a g n e t M o t o r f o r

N e w E n e r g y A u t o m o b i l e

CHENLixiang，PANJingtao，SUN Ning

(N ational E n gin eerin g R e se a rch C en ter for R E P M E le ctrica l M a c h in e，Shenyan g U niversity o f T e c h n o lo g y，

Shenyan g 110870，C h in a)

Abstract: The p ermanent magnet motor for new energy automobile was introduced. The quadrature-direct axis inductance，electromagnetic torque a nd magnetic resistance torque properties were analyzed by finite element method

for four kinds of motors with different rotor structures: “V” type，(V—，’ type，double-arc type，and ( U—，’ t The flux weakening capability and the factors influencing flux weakening capability were a maps of different rotor structures were given by simulation. By comparing and analyzing the characteristics of different

rotor structures，it was concluded that different rotor magnetic circuit structures were suitable for different new energy

automobile applications.

Key words ：permanent magnet synchronous motor ( PMSM )*new energy automobile motor * quadrature-direct axis inductance; flux weakening

0引言

永磁同步电机（P M S M)具有结构简单、转矩

密度高、效率高、功率因数高、高效率 盖宽、

振动噪声低、动态响应快 对简单等，新能源汽车 电机 用 [1_2]。

永磁 转子 的不同分类，

P M S M— 分为3种转子磁路结构：、内

。3种转子磁路结构 转子磁路结构应用较为 ，转子的永磁体

转子的 ，转子磁路不对 生的磁阻转矩 高电动机的过载能力 率 ，

弱磁扩速[3]。有

的特性，转子磁路结构P M S M为汽车驱电机的 ，P rius 2003电机永磁体采用一型结构，P rius 2004和P rius 2010电机永磁体采用V型结构，P rius 2015驱动 电机采用V—型转子磁路结构，丰田公司2008 L exus L S600H电机采用了双层V—型永磁体结构，的A ctiv e E.电机采用

作者简介：陈丽香（1973—)，女，硕士，高级工程师，研究方向为永磁电机设计及关键技术潘敬涛（1992—)，男，硕士研究生，研究方向为永磁电机关键技术。

孙宁（1980—)，男，硕士，工程师，研究方向为永磁电机设计及关键技术。

双层一型永磁体结构+4_6]。

新能源汽车 电机的弱磁扩速性能和转矩输出能力。转子永磁 不同的

不同的 合成了多种 的磁路结构，不同的转子磁路结构其电机的性能特 有所不同，设计出适合新能源汽车用的PMSM:了解不同转子磁路结构电机的性能特点。文献[7]分析 了5种不同转子磁路结构永磁电机 的弱磁扩速能力，分析 结构的永磁电机 V型结构和分段一型结构永磁电机 的弱磁扩速能力差，为了得 的电机性能，对永磁体的 了，使得PMSM 合混合动力 。[']分析 了一型转子结构 U(V)型转子结构的性能特点，分析结 转矩输出能力 的层U(V)型结构电机 种结构电机的转矩脉动 率低。[9 ]对电动汽车用永磁电机的电磁设计 了研究分析，分 出了 V型和V—型两种结构的20 Q V电动汽车用永磁电机的样机，并 了种转子结构电机的试验。[10]对V型和V—型两种不同转子磁路结构电机进 了分析，通过有限元法分析了两种转子结构电 机的转矩、交直轴电感、弱磁扩速能力及铁耗等性 能并仿真了两种转子磁路结构的效率云图。文献 [11 ]作了 100 k w新能源汽车 用V型转子磁路结构PMSM的样机，通过ANSYS Maxwell对 电机性能特 了电磁场仿真分析，并对机了试验，然后将试验数据与电磁场仿真计算 结 对比分析。[1&]针对气隙磁密幅值、谐波含量、齿槽转矩和转矩波动等方面，分析 了一型、V型和U型3种磁路结构电机。文献[13]对 V型转子磁路结构电机的交直轴电感 了分析。[14]分析了高功率 电机在设计时 考虑的若干问题，对V型和一型转子磁路结构电机 分析 ，得出V型转子磁路结构 合用于高功率 汽车电机的结论。

本文针对1台峰值功率158 kW的新能源汽 车用永磁电机，对V型、V—型、U —型和双弧型 4种不同转子磁路结构电机 分析，并通过分析总结了不同转子结构所适用的新能源汽车用驱 电机的类型。1 P M S M办轴数学模型

PMSM23轴数学模型不但可以分析调速PMSM稳态运行特性，对电动机的瞬态运特性 分析。在建立电机的办轴数学模型时，首先作如下假设：（1%忽略电动机铁心饱和; (& %不计电动机中的涡流和磁滞损耗；（3 %电动机 的电流为对称的三相正弦波电流。

电动机的相电阻较小，故忽略电机的电 阻。量图如图1所示。

电机在办轴系统下参数可表示为

U d=- coe"q⑴

1 4 !e"d(2)

"d="p r n6 L d l d(3)

"q=L q7(4)

7d4-7>n# (5)

7 4 7c o s# (6)

"p H4 — (7)

式中"1d、1d、g轴电压；

"d、"d、g轴磁链；

7、7d、q轴电流；

L d、L q -d、q轴电感；

!e-电角速度；

"p H永磁 生的磁链；

7s$$$-定子电流的有效值；

7电流 角。

通常认为电机的电磁转矩为永磁转矩和磁阻转矩之和，在d q轴数学模型下电机的转矩 ；示为

8=8p 6 8c =|就7 + (%d -%q)77]

(8)